第1章　清潔能源的未來(lái)，一線希望的光

零碳未來(lái)

·　為了消減二氧化碳排放，唯一嚴(yán)肅的選擇是讓（幾乎）一切電氣化。

·　為了實(shí)現(xiàn)氣候目標(biāo)，需要每個(gè)家庭100 %采用電氣化解決方案，例如電動(dòng)汽車、熱泵和屋頂太陽(yáng)能，這些是個(gè)人實(shí)現(xiàn)零碳目標(biāo)的基礎(chǔ)設(shè)施。

·　為了減少碳排放，需要大規(guī)模建設(shè)發(fā)電和輸電基礎(chǔ)設(shè)施。

·　為了使每個(gè)人都能負(fù)擔(dān)得起電氣化解決方案，需要新的融資機(jī)制——?dú)夂蛸J款。

·　為了讓一切電氣化，需要目前供電量3～4倍的電力供應(yīng)，需要以電網(wǎng)中立的方式實(shí)現(xiàn)發(fā)電、輸電和儲(chǔ)電，保證家庭、企業(yè)和公共事業(yè)單位都可以平等地用電。

·　必須取消化石能源補(bǔ)貼，廢除人為抬高可再生能源和電氣化解決方案成本的法規(guī)和條例。

·　為了實(shí)現(xiàn)2 ℃溫升目標(biāo)，需要像戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期一樣開展工業(yè)動(dòng)員，按計(jì)劃脫碳。

·　為了實(shí)現(xiàn)1.5 ℃溫升目標(biāo)，需要推廣負(fù)排放技術(shù)，淘汰污染程度最嚴(yán)重的排放源。

本書是一個(gè)為未來(lái)而戰(zhàn)的行動(dòng)計(jì)劃。鑒于在應(yīng)對(duì)氣候危機(jī)方面的諸多拖延，我們現(xiàn)在必須致力于徹底改變能源供應(yīng)和需求，實(shí)現(xiàn)“終局脫碳”（end-game decarbonization）。世界留給我們的時(shí)間不多了。

在美國(guó)，包括政治家、活動(dòng)家、學(xué)者和科學(xué)家在內(nèi)的很多人，都已經(jīng)放棄了。面對(duì)普遍存在的惰性和對(duì)氣候危機(jī)的否認(rèn)，我有時(shí)也感到絕望，但從未放棄。我們不僅要與化石能源的利益集團(tuán)做斗爭(zhēng)，還要與那些認(rèn)為我們無(wú)法及時(shí)改變政治以拯救未來(lái)的人做斗爭(zhēng)。

作為一名工程師和能源系統(tǒng)專家，我可以通過(guò)肉眼可見的數(shù)據(jù)，找到一個(gè)將碳排放控制在一定程度的辦法，既為了子孫后代，也為了使地球保持宜居和美麗。如果這次我們做出正確的選擇，將為每個(gè)消費(fèi)者節(jié)省資金，國(guó)家也將創(chuàng)造數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的就業(yè)機(jī)會(huì)，重振地方經(jīng)濟(jì)。

在本書中，我描繪了一條避免氣候危機(jī)的可行之路。這條路并不是唯一可行的路，但我可以通過(guò)足夠詳細(xì)的描述向你證明：避免氣候?yàn)?zāi)難并不需要顛覆世界。這是我們解決氣候危機(jī)最后的機(jī)會(huì)。趁現(xiàn)在還有一線希望，我們必須采取行動(dòng)。

現(xiàn)在是終局脫碳的時(shí)候了，這意味著我們?cè)僖膊荒苌a(chǎn)或購(gòu)買依賴于化石能源的技術(shù)或裝置了。在改用電動(dòng)汽車之前，我們已沒有足夠的碳預(yù)算來(lái)讓每個(gè)人多買一輛燃油車；沒有時(shí)間讓每個(gè)人在他們的地下室再安裝一個(gè)天然氣爐；沒有空間再新建一個(gè)天然氣調(diào)峰電廠；更沒有空間安裝任何使用煤炭的裝置。無(wú)論你現(xiàn)在擁有什么樣的化石能源裝置，無(wú)論它們是用于電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)、小企業(yè)，還是家庭，這些都將是你最后的化石能源裝置。

我之所以抱有一線希望，是因?yàn)槲抑狼鍧嵞茉疵媾R的許多障礙是制度性和官僚性的，而不是技術(shù)性的。我們有技術(shù)手段來(lái)應(yīng)對(duì)氣候危機(jī)，這些手段使我們能夠在不放棄汽車和舒適房子的前提下，擁有更清潔的空氣和更綠色的未來(lái)。很多人認(rèn)為應(yīng)對(duì)氣候危機(jī)需要奇跡，而實(shí)際上我們只需要努力！有人說(shuō)電氣化解決方案太昂貴了，但實(shí)際上，正確的做法反倒會(huì)為我們省錢。懷疑者說(shuō)，這樣做將減少就業(yè)崗位，但實(shí)際上，這個(gè)綠色的未來(lái)將創(chuàng)造數(shù)百萬(wàn)個(gè)工作機(jī)會(huì)。大多數(shù)人認(rèn)為，清潔能源的未來(lái)意味著每個(gè)人使用更少的東西，但實(shí)際上，這意味著我們可以擁有更好的東西。

顯然，要完成這個(gè)計(jì)劃會(huì)有很多障礙。當(dāng)我告訴人們什么是技術(shù)上必需的時(shí)候，他們卻告訴我政治上存在的障礙。盡管這聽起來(lái)很天真或難以置信，但我們必須弄清楚，應(yīng)該如何消除這些障礙，從一次只能消除一個(gè)，到希望一次能消除很多。政策制定者必須改變他們所認(rèn)為的當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)和政治局勢(shì)下可能發(fā)生的事情。如果他們的雄心局限于考慮在政治上是否可能，那么每個(gè)人都是注定要失敗的。

幸運(yùn)的是，為氣候危機(jī)而斗爭(zhēng)的年輕人并沒有放棄，感謝他們和其他正在盡自己努力的人。本書為那些擁有希望和愿意戰(zhàn)斗的人而寫。我希望這本書給出的行動(dòng)方案能體現(xiàn)我們的“強(qiáng)烈要求”，這樣我們對(duì)政治家所要求的內(nèi)容就會(huì)更詳細(xì)，對(duì)商界領(lǐng)袖所要求的內(nèi)容就會(huì)更具體。他們沒有提供一個(gè)到達(dá)我們想要的未來(lái)的路線圖，所以現(xiàn)在，我們必須盡快提供給他們。

我將盡我所能，利用所有能收集到的最好、最全面的數(shù)據(jù)，詳細(xì)地說(shuō)明什么是技術(shù)上必需的。如果能知道什么在技術(shù)上是必需的，那么我們就可以創(chuàng)造性地去思考：如何使它在政治上可能，在經(jīng)濟(jì)上可行。

正如我的生物工程師朋友德魯·恩迪（Drew Endy）打趣時(shí)所說(shuō)：“在人類歷史上，我們第一次擁有了讓90億人在這顆星球上繁榮發(fā)展的技術(shù)，但我們的政治和制度卻沒有跟上。”

美國(guó)的領(lǐng)導(dǎo)人未能有效減緩新冠疫情的影響，當(dāng)然也就不能指望他們勝任應(yīng)對(duì)氣候危機(jī)的任務(wù)。科學(xué)家們多年來(lái)一直預(yù)測(cè)會(huì)發(fā)生新冠疫情這樣的危機(jī)，但他們卻并沒有為此做好準(zhǔn)備，反而在疫情到來(lái)時(shí)笨手笨腳地去應(yīng)對(duì)。

不過(guò)，新冠疫情也給我們上了重要的一課。為了成功地應(yīng)對(duì)氣候危機(jī)，我們必須壓平圖1-1中的曲線，這與為了成功應(yīng)對(duì)新冠疫情所需要壓平的曲線形狀相同。但是，應(yīng)對(duì)氣候危機(jī)要困難得多。對(duì)于新冠疫情，我們可能僅需要在病毒出現(xiàn)前20天采取行動(dòng)；而對(duì)于氣候危機(jī)，我們則需要提前20年采取行動(dòng)。這兩個(gè)難題都需要預(yù)先的準(zhǔn)備和科學(xué)的政策。

現(xiàn)在已經(jīng)有多種疫苗應(yīng)對(duì)新冠病毒，這要感謝讓這一切發(fā)生的科學(xué)家和工程師們。我們也已經(jīng)有了解決氣候危機(jī)的“疫苗”，這個(gè)“疫苗”就是清潔能源的基礎(chǔ)設(shè)施。我們知道這些基礎(chǔ)設(shè)施都有些什么：帶來(lái)大規(guī)模電氣化的風(fēng)力渦輪機(jī)、太陽(yáng)能電池、電動(dòng)汽車、熱泵，以及一個(gè)能將以上這些連接在一起的具有互聯(lián)網(wǎng)中立性的大規(guī)模電網(wǎng)。

雖然這聽起來(lái)可能會(huì)讓人感到驚訝，但如果政策制定者做出承諾，以所需要的規(guī)模開展基礎(chǔ)設(shè)施電氣化行動(dòng)，將降低所有人的能源成本。如果決策者在該計(jì)劃實(shí)施過(guò)程中提供一套合適的融資機(jī)制，例如貸款、優(yōu)惠和補(bǔ)貼，使每個(gè)人都能負(fù)擔(dān)得起電氣化的未來(lái)，該計(jì)劃的效果就會(huì)更明顯。我們有所需要的清潔能源解決方案，它可以使碳排放水平保持足夠低，從而讓人們享有一個(gè)清潔、綠色和繁榮的未來(lái)。

我仍然看到了一線希望。但為了促使這種希望在未來(lái)變成現(xiàn)實(shí)，我們必須提出并回答一些關(guān)鍵問(wèn)題，這也是本書的重點(diǎn)。

如何應(yīng)對(duì)緊迫的氣候危機(jī)？人類活動(dòng)產(chǎn)生的二氧化碳排放，已經(jīng)使地球溫度上升到危險(xiǎn)的程度，這將傷害到許許多多的人，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)受損、戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)以及戰(zhàn)爭(zhēng)帶來(lái)的大規(guī)模遷徙，甚至是物種毀滅和環(huán)境破壞。“承諾排放”（committed emissions）允許現(xiàn)有裝置繼續(xù)使用化石能源，使得氣候危機(jī)比人們普遍意識(shí)到的更為緊迫。為了實(shí)現(xiàn)我們的氣候目標(biāo)，從現(xiàn)在開始，需要幾乎100%地采用脫碳能源解決方案。這意味著，我們需要立即將現(xiàn)有的解決方案進(jìn)行規(guī)模化應(yīng)用，而不是寄希望于奇跡的出現(xiàn)或者還未開發(fā)出的解決方案，比如從空氣中吸收二氧化碳的低成本技術(shù)。我將在第2章討論這個(gè)問(wèn)題。

如何從歷史中借鑒成功經(jīng)驗(yàn)？我在本書中所論述的計(jì)劃，可能聽起來(lái)過(guò)于大膽，幾乎無(wú)法實(shí)現(xiàn)。然而，隨著氣候狀況持續(xù)惡化，我們必須去實(shí)現(xiàn)看似不可能的事情。正如我在第3章中所說(shuō)的那樣，通過(guò)回顧美國(guó)處理棘手問(wèn)題并取得成功的歷史案例，我們能夠看到將不可能變?yōu)楸厝坏耐緩健?/p>

如何改變傳統(tǒng)能源觀念？在過(guò)去的40年里，政府機(jī)構(gòu)和科學(xué)家們收集了應(yīng)對(duì)氣候危機(jī)所需的信息。正如我們將在第4章看到的那樣，通過(guò)這些翔實(shí)的能源數(shù)據(jù)集，科學(xué)家們了解到在哪里以及如何用脫碳能源取代化石能源，以及在這個(gè)過(guò)程中我們將節(jié)省多少能源。

如何徹底變革能源結(jié)構(gòu)？與以往的能源危機(jī)不同，氣候變化不是一個(gè)可以通過(guò)提高效率和簡(jiǎn)單改進(jìn)現(xiàn)有系統(tǒng)就能解決的問(wèn)題，它需要做出變革。在歷史上的能源使用模式中，隱藏著一個(gè)好消息：我們無(wú)須徹底改變生活方式或者放棄所了解和喜歡的東西就可以實(shí)現(xiàn)完全脫碳，人們可以用今天使用能源的一半來(lái)實(shí)現(xiàn)氣候目標(biāo)。我們將在第5章看到，清潔能源的未來(lái)將會(huì)更美好。

如何利用電氣化節(jié)省50%的能源？讓幾乎一切電氣化。在能源供應(yīng)方面，我們需要大規(guī)模地部署風(fēng)能和太陽(yáng)能（可能還有一些核能），這些發(fā)電裝置目前已經(jīng)比天然氣和其他化石能源便宜了。氫和生物能源將不會(huì)扮演主要角色，某些用途除外，如航空旅行。在能源需求方面，我們需要大規(guī)模地推廣電動(dòng)汽車、熱泵和儲(chǔ)能系統(tǒng)，正如我在第6章中解釋的那樣。

如何利用可再生資源與土地生產(chǎn)電力？未來(lái)，我們大部分的能源將來(lái)自可再生資源與土地。人們總是害怕面對(duì)無(wú)法想象的未來(lái)，為了消除大家的這些恐懼，我將在第7章論述能源供應(yīng)的基本物理原理，描繪出未來(lái)的清潔能源供應(yīng)圖景。

如何利用可靠電網(wǎng)讓電力持續(xù)運(yùn)營(yíng)？人們希望能夠持續(xù)地獲得供電。那么，如何確保這個(gè)能源系統(tǒng)能夠持續(xù)不斷地提供我們所了解和喜愛的可靠能源呢？在第8章中，我將討論這個(gè)問(wèn)題。

如何重新定義基礎(chǔ)設(shè)施？許多人對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施概念的理解有些過(guò)時(shí)，認(rèn)為它只包括道路、橋梁、大壩和輸電線路等，其實(shí)，這些不足以描述我們需要建設(shè)的新世界。我們將會(huì)認(rèn)識(shí)到，住宅、汽車和供暖系統(tǒng)對(duì)實(shí)現(xiàn)能源基礎(chǔ)設(shè)施間的平衡至關(guān)重要，我們需要為它們提供新的融資方式。消費(fèi)者也將從日常瑣碎的消費(fèi)小決定中得到解脫，因?yàn)槿藗儠?huì)逐漸意識(shí)到，個(gè)人的碳足跡很大程度上是由少數(shù)幾個(gè)選擇來(lái)決定的。這將在第9章得到討論。

如何利用技術(shù)創(chuàng)新讓可再生能源更便宜？為了地球環(huán)境和國(guó)家經(jīng)濟(jì)，我們承擔(dān)不起不轉(zhuǎn)向清潔能源的代價(jià)。與化石能源不同，可再生能源很便宜，而且越來(lái)越便宜。正如我在第10章中所解釋的，當(dāng)這些技術(shù)被規(guī)模化應(yīng)用時(shí)，清潔能源基本上就會(huì)“便宜到無(wú)法估量”。

如何使用清潔能源節(jié)省開支？能源便宜時(shí)，一切都更便宜。在本書第11章，我圍繞廚房的桌子做了一個(gè)模型來(lái)展示轉(zhuǎn)向清潔能源將如何降低每個(gè)家庭的預(yù)算。我們將會(huì)看到，正確使用清潔能源將如何為每一個(gè)消費(fèi)者節(jié)省能源賬單上的支出。

如何從化石能源向清潔能源過(guò)渡？也許更準(zhǔn)確的問(wèn)題是：“利率是多少？”因?yàn)橘J款是為氣候基礎(chǔ)設(shè)施融資的途徑。所有的脫碳技術(shù)都有較高的前期投入成本和較低的終生能源成本和維護(hù)成本。美國(guó)曾經(jīng)解決過(guò)類似的金融問(wèn)題，比如20世紀(jì)20年代的汽車融資；30年代的30年期政府擔(dān)保抵押貸款（現(xiàn)在仍在使用）；羅斯福新政期間的農(nóng)村電氣化。正如我在第12章中所說(shuō)的那樣，今天需要一個(gè)與上述時(shí)期類似的金融解決方案。

如何與化石能源公司并肩作戰(zhàn)？也許，氣候活動(dòng)人士可以終其一生堅(jiān)持與化石能源公司斗爭(zhēng)；但是，人們也可以團(tuán)結(jié)起來(lái)，感謝這些化石能源公司100多年以來(lái)給我們提供的服務(wù)，并邀請(qǐng)他們加入我們的零碳之戰(zhàn)。請(qǐng)參見第13章。

如何重新制定有關(guān)氣候的政策？曾經(jīng)為化石能源世界制定的政策，現(xiàn)在卻給我們的生活遺留了諸多問(wèn)題。人們普遍能夠理解為什么要對(duì)化石能源進(jìn)行補(bǔ)貼，但更重要且并不那么容易讓人理解的是，政策制定者需要廢除這些規(guī)定，因?yàn)檫@些會(huì)人為地提高脫碳的代價(jià)。正如我在第14章中所敦促的那樣，國(guó)家需要制定簡(jiǎn)單的政策，鼓勵(lì)創(chuàng)造最好的能源系統(tǒng)、電動(dòng)汽車和電氣化建筑。

如何利用電氣化創(chuàng)造更多就業(yè)機(jī)會(huì)？新冠疫情導(dǎo)致了大蕭條以來(lái)最高的失業(yè)率。就像第二次世界大戰(zhàn)期間提振制造業(yè)一樣，美國(guó)可以通過(guò)大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施投資來(lái)創(chuàng)造新的就業(yè)機(jī)會(huì)，只不過(guò)這次是投資清潔能源。如我在第15章所述，如果向脫碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，國(guó)家將獲增數(shù)百萬(wàn)個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì)。

如何打好零碳之戰(zhàn)？美國(guó)在第二次世界大戰(zhàn)所采取的工業(yè)動(dòng)員，在規(guī)模、難度和解決問(wèn)題的成本上，與氣候危機(jī)最為接近。在第16章中，我將詳細(xì)分析這一切是如何發(fā)生的，并探討如何贏得這場(chǎng)零碳之戰(zhàn)。

如何重新思考工業(yè)以應(yīng)對(duì)其他環(huán)境問(wèn)題？即使我們解決了氣候危機(jī)，你可能會(huì)說(shuō)，海洋仍然會(huì)被塑料充斥，亞馬孫雨林仍然會(huì)起火，珊瑚礁仍將會(huì)被農(nóng)業(yè)徑流摧毀。在第17章中，我將著眼于貫穿我們生活中的無(wú)數(shù)物質(zhì)，不僅揭示消減能源消耗和碳排放的機(jī)會(huì)，也揭示碳固存（carbon sequestration）和減少在地球上留下更多人類碳足跡的機(jī)會(huì)。

還有哪些關(guān)于氣候的重要問(wèn)題呢！在不讓一切電氣化的情況下，碳固存、碳稅、氫和其他對(duì)抗氣候變化的計(jì)劃會(huì)怎么樣？有太多的碳需要固存，征收碳稅已經(jīng)太晚了，而氫是一個(gè)“假神”。我們需要這些東西中的一部分，但正如附錄A所表明的，它們不是使我們免受“牢獄之災(zāi)”的鑰匙。

那我們可以做些什么來(lái)改變現(xiàn)狀呢？每個(gè)人都可以為應(yīng)對(duì)氣候變化貢獻(xiàn)自己的努力和技能。我們要贏得這場(chǎng)對(duì)抗氣候危機(jī)的唯一方法，就是持續(xù)與之斗爭(zhēng)。政治和商業(yè)領(lǐng)袖總得多做些。如果在應(yīng)對(duì)氣候危機(jī)的戰(zhàn)斗中有一次妥協(xié)，我們就輸了。當(dāng)政治家們?cè)O(shè)定2050年的目標(biāo)時(shí)，你需要強(qiáng)烈地要求他們制定2030年的目標(biāo)。當(dāng)各個(gè)行業(yè)說(shuō)他們將通過(guò)天然氣過(guò)渡時(shí)，你需要回答的是已經(jīng)沒有時(shí)間留給天然氣（何況天然氣一點(diǎn)也不“天然”）。這個(gè)世界不能因?yàn)榻^望而拖延行動(dòng)。絕望必須轉(zhuǎn)化為希望，而希望必須轉(zhuǎn)化為行動(dòng)，正如我在附錄B中所說(shuō)的那樣。

最后，我是誰(shuí)？我是一個(gè)科學(xué)家、工程師、發(fā)明家和父親，我想給我的孩子們留下一個(gè)更美好的世界。我也想讓他們對(duì)地球和地球上的生物感到敬畏，我此生已經(jīng)幸運(yùn)地享用了這一切。在這場(chǎng)戰(zhàn)斗中，我將竭盡所能。本書中的數(shù)據(jù)讓我相信，抱有希望仍然是理性的，但希望不會(huì)持續(xù)太久。我們可以在應(yīng)對(duì)氣候緊急狀況方面取得重大勝利，但這是最后的機(jī)會(huì)，因此我們別無(wú)選擇。如果贏得這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)，我們都會(huì)比以前生活得更好。

本書主要關(guān)注與美國(guó)能源系統(tǒng)相關(guān)的近75%溫室氣體排放的緊急情況，而美國(guó)能源系統(tǒng)占我們排放量的絕大部分。美國(guó)的問(wèn)題是全球問(wèn)題的典型案例，所以雖然我們關(guān)注的是美國(guó)，但本書的分析通常可以合理地反映全球的情況。1其他溫室氣體的排放來(lái)自農(nóng)業(yè)部門，約占12%；土地使用和林業(yè)部門，約占7%；工業(yè)部門非能源使用排放約占7%（見圖1-2）。

正如本書所建議的那樣，行動(dòng)起來(lái)應(yīng)對(duì)氣候危機(jī)，也將解決工業(yè)部門中大部分非能源排放問(wèn)題，以及農(nóng)業(yè)部門、土地使用和林業(yè)部門的排放問(wèn)題。使能源供應(yīng)系統(tǒng)脫碳，大約占我們應(yīng)做工作的85%。我愿意相信，如果我們承諾去解決85%的問(wèn)題，那么那些聰明而充滿激情的人也會(huì)努力去解決剩余15%的問(wèn)題。因此，在本書的其余部分中，與能源無(wú)關(guān)的排放只會(huì)偶爾提及。